控制阀特性及选择方法

调节阀是自动控制系统中常用的执行器，用于完成对受控对象流量的调节。调节阀的正确选择是调节系统控制质量的保证。详细介绍了控制阀的组成分类和流量特性，给出了控制阀的选择方法和应注意的问题。 0？前言调节阀是自动控制系统中常用的执行器。它是自动控制的终端主控制元件，直接控制被测介质的输送。调节阀由致动器和调节机构组成。它接收来自调节器或计算机的控制信号，并用于更改受控介质的流量，以将调节后的参数保持在所需范围内，从而实现过程控制的自动化。在自动控制领域，控制过程是否稳定直接取决于调节阀能否准确动作，因此过程控制反映在物料能量和流量的变化上。因此，应根据不同需求选择不同的控制阀。选择合适的调节阀是管道设计的主要问题，也是确保调节系统安全稳定运行的关键。 1？选型调节阀一般由执行器和阀门组成。调节阀是调节阀的调节机构。它会根据控制信号的要求更改阀门开度的大小以调节流量。它是节流元件，其局部电阻可以改变。调节阀主要由上下阀盖，阀体，阀芯，阀座，填料和压板组成。在自动控制系统中，阀门的主要调节介质是水和蒸汽。在压力较低且单次使用的情况下，常用的调节阀为直通调节阀，三通调节阀和蝶形阀。根据使用的能量类型，可将执行器分为气动，电动和液压两种类型，即以压缩空气为动力的气动调节，以电为动力的电动调节以及由液体介质驱动的压力（例如如油）液压调节。其中，气动执行器具有结构简单，动作可靠，性能稳定，价格低廉，维修方便，防火防爆等优点，并广泛用于许多控制系统中。虽然电动执行器不利于防火防爆，但其驱动电源方便可取，信号传输速度快，便于长距离传输，体积小，动作可靠，维护方便，价格便宜。液压执行机构推力大，调节精度高，动作速度快，稳定，但设备大，工艺复杂。 （1）调节阀类型的选择调节阀体类型的选择是调节阀选择中最重要的环节。在选择阀之前，必须仔细分析控制过程的介质，过程条件和参数，以了解系统对控制阀的要求，并应根据收集的数据确定要使用的阀的类型。在具体的选择中，可以考虑以下几个方面：①阀芯的形状结构？主要根据所选的流动特性和不平衡力等因素，②耐磨性？当流体介质中含有高浓度的磨料颗粒时，当悬架接触时，阀芯和阀座接头表面每次关闭时都会承受剧烈的摩擦。因此，阀门的流路应平整，阀门的内部材料应坚硬，③耐腐蚀性能？因为介质是腐蚀性的，所以只要能够满足调节功能，就应选择结构简单的阀门④介质的温度，压力？当介质温度和压力较高且变化较大时，阀芯的阀和阀座材料应选择温度和压力变化很小的情况。 ⑤防止闪光和气蚀？闪蒸和空化仅发生在液体介质中。在实际生产过程中，闪蒸和气蚀现象不仅影响流量系数的计算，而且还会形成振动和噪声，从而缩短了阀门的使用寿命。因此，在选择阀门时，应防止阀门闪蒸和气蚀。 （2）调节阀执行机构的选择①考虑执行机构的输出力吗？无论哪种类型的执行器，输出力都是克服载荷的有效力（主要是不平衡力和不平衡扭矩，摩擦力，密封力，重力和其他相关力）。因此，为了使调节阀正常工作，匹配的致动器必须能够产生足够的输出力以克服各种阻力，并确保高度的密封和阀的打开。 ②考虑执行器的使用环境要求吗？确定执行器的输出功率后，根据过程环境要求选择相应的执行器。例如，当现场有防爆要求时，应使用气动执行器，接线盒必须防爆，并且不能选择电动执行器。如果没有防爆要求，可以同时使用气动和电动执行器，但是从节能的角度来看，应尽可能选择电动执行器。对于液压执行器，虽然没有像气动和电动执行器那样广泛使用，但它具有调节精度高，运动快，平滑的特点，因此在特殊情况下，也将使用它来达到更好的调节效果。最后，必须考虑执行器的可靠性和经济性，选择运动平稳，重量轻，外形美观，结构简单，易于维护的执行器。 2？流动特性分析2.1工作原理根据流体力学，调节阀是节流元件，其局部阻力可以改变。对于不可压缩流体，调节阀的流量公式如下：p1——调节阀前的压力，p2——调节阀后的压力，A ————节流阀截面积，ξ- -调节阀阻力系数ρ-流体密度。从等式（1）可知，当A为常数且Δp= p1-p2也为常数时，通过阀门的流量Q随电阻系数ξ的变化而变化，即，电阻系数ξ越大，则系数越小流量。电阻系数ξ与阀门的结构和开度有关。因此，调节器的输出信号控制阀的打开或关闭，这可以改变阀的阻力系数，从而改变被调节介质的流量。 2.2流量特性分析调节阀的流量特性是指流过调节阀的被调节介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。调节阀的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指调节阀的前后压力差固定时的流量特性。具有四个特征：直线，相等的百分比，抛物线和快速打开，如表1所示。在实际系统中，阀门两侧的压降不是恒定的，其变化主要有两个原因：①由于泵的特性，当系统流量减少时，由泵产生的系统压力增加；②当流量减少时，线圈上的电阻也减小，从而导致阀上的泵压力更大。因此，调节阀前后的压力差通常会变化。在这种情况下，相对流量与调节阀的相对开度之间的关系称为工作流量特性。具体地，可以分为串联管道的工作流特性和并联管道的工作流特性。表格1？四个理想的流动特性调节阀的原理流量特性特性线性调节阀的相对流量与相对开度呈线性关系，即由单位相对行程变化引起的相对流量变化为常数。 （1）开口小时，流量变化大；开口大时，流量变化小。 （2）当负载较小时，调节性能太敏感而不能振动。当负载较大时，调整缓慢且不及时。区别。由相对冲程的等百分比单位变化引起的相对流量变化与此时的相对流量成正比。 （1）单位行程变化引起的流量变化百分比相等，（2）在全行程范围内工作相对稳定，特别是当开度大时，放大率也大，工作量更大灵敏有效；（3）广泛使用，适应性强。抛物线特性介于直线特性和等百分比特性之间，经常被等百分比特性代替。 ？ （1）特性在直线和等百分比特性之间；（2）调节性能理想，但阀芯加工困难。快速打开当阀门行程较小时，流量将相对增加并迅速达到。 （1）开孔小时流量大。随着冲程的增加，流速迅速达到。 （2）通常用于双位置调节和程序控制。 （1）串联连接管路时的工作流量特性串联调节管路时，控制阀的开度变化会引起流量变化。从流体力学理论来看，管道的阻力损失与流量呈平方关系。流量会发生变化，系统阻力也会随之发生变化，因此调节阀的压降也将发生变化。串联连接管道时的工作流量特性与压降分布比有关。阀上的压降越小，调节阀的全开流量就相应减少，从而使理想的直线特性失真成速开特性，而理想的等百分比特性失真成线性特征。在实际使用中，当选择的控制阀过大或产品处于非满负荷状态时，控制阀的工作口较小。有时为了使控制阀具有一定的开度，关闭阀以增加管道的阻力。实际上，为了减少通过调节阀的流量，减小了压降分配比，使流量特性失真，并且调节质量变差。 （2）并联管道的工作流量特性并联管道一般由阀分支和旁通管分支组成，调节阀安装在阀分支管上。调节阀在并联管道上。当系统阻力恒定时，随着平行管道的旁通阀逐渐打开，调节阀的全开流量与主管的流量之比减小。此时，尽管调节阀本身的流量特性没有改变，但系统的可调范围已大大减小，调节阀在工作过程中可控制的流量的可变范围也已大大减小。降低，甚至没有调整效果。为了使调节阀具有更好的调节性能，通常认为旁路流量最多不应超过总流量的20％。 3？流动特性的选择流动特性的选择方法：①通过数学计算的分析方法，②在实际工程中总结的经验方法。由于分析方法复杂且耗时，因此在一般工程中使用经验方法。具体而言，应从以下几个方面进行考虑：（1）考虑自动调节系统的调节质量，根据自动控制原理中的特性补偿原理，以保持良好的性能。为了调整系统的质量，希望开环总放大因子与每个链路放大因子的乘积保持恒定。这样，可以正确选择阀门的特性，并利用阀门放大倍数的变化来补偿物体的放大倍数的变化，从而可以保持系统的总放大倍数。不变。 （2）根据管路系统的压降变化选择控制阀的压降比。定义为与控制阀能够控制的流量相对应的阀前后的压差Δp1m与系统压差Δp之比。控制阀的流量特性与压降比S有着密切的关系，如表2所示。表2-根据管道系统的压降选择控制阀的特性。管路系统S1-0.60.6-0.30.3-0的压力下降率实际工作流量特性直线等百分比直线等百分比调整不适用于所选的流量特性直线等百分比直线等百分比（3 ）从负荷变化的情况来看，线性阀的流量变化小，开度大，调整过于敏感，容易发生振荡。在较大的开口处，调节效果较弱，导致调节不及时和不灵敏。因此，在压降小于S且负载变化很大的应用中，不应使用线性阀。等百分比阀接近关闭时工作平稳，接近完全打开时放大系数大，工作灵敏有效。因此，适合负载变化范围大的场合。行程较小时，快开特性阀的流量较大。随着冲程的增加，流速很快达到。通常用于双位置调节和程序控制的情况。 （4）根据调整对象的特性进行选择。通常，所有具有自平衡能力的调节对象都可以选择等百分比流量调节阀，而没有自平衡能力的调节对象则可以选择线性流量特性调节阀。 4？调节阀口径的选择选择调节阀口径的目的是将阀门和管路结合起来，以产生合理的组合线性特性，从而可以有效地控制系统的调节。根据过程所需的流量确定调节阀的直径，然后根据提供的过程条件，然后根据其流量计算调节阀的流量